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B
磁性强弱
(a)和(b)
(b)和(c)
当通过它们的电流相等时
A
猜想:人体内部存在弱电流,
依据是电流周围存在磁场
利用大铁钉、漆包线(带绝缘漆的铜导线)自制一个电磁铁,再接入电池组、开关,闭合开关后,用电磁铁将大头针吸起来
电磁铁通电后有磁性
【分析】
要解决此题,需按以下步骤思考:
1. 确定通电螺线管的磁极与相互作用:根据安培定则,电流从螺线管上端流入、下端流出,可判断螺线管上端为S极,与上方磁体的下端S极为同名磁极,相互排斥。弹簧测力计的示数等于磁体的重力减去螺线管对它的排斥力,因此要使示数变小,需增大排斥力,即增强螺线管的磁性,电路中电流需变大,滑动变阻器接入电路的电阻需变小。
2. 分析滑动变阻器的接法:滑片P向右移动时,滑动变阻器接入电阻变小,说明需接入右下端接线柱B和任意一个上端接线柱,此时滑片右移,接入的电阻丝长度变短,电阻减小,电流增大,螺线管磁性增强,排斥力增大,弹簧测力计示数变小。
【解析】
步骤1:判断螺线管的相互作用与示数变化逻辑
电流从电源正极流出,经滑动变阻器、螺线管回到负极,由安培定则可知,螺线管上端为S极,与上方磁体的S极相互排斥,弹簧测力计示数$ F = G - F_{斥} $。要使示数变小,需增大排斥力$ F_{斥} $,即增强螺线管磁性,因此电路电流需变大,滑动变阻器接入电阻需变小。
步骤2:逐一分析滑动变阻器接入选项
选项A:C接E,D接F,接入滑动变阻器上端两个接线柱,电阻为0,电流最大,但滑片移动不改变电阻,示数始终不变,不符合要求;
选项B:C接E,B接F,接入C(上端左)和B(下端右),滑片右移时,接入的电阻丝长度变短,电阻变小,电流变大,螺线管磁性增强,排斥力增大,示数变小,符合要求;
选项C:A接E,D接F,接入A(下端左)和D(上端右),滑片右移时,接入的电阻丝长度变长,电阻变大,电流变小,螺线管磁性减弱,排斥力减小,示数变大,不符合要求;
选项D:A接E,B接F,接入滑动变阻器下端两个接线柱,电阻始终最大,电流最小,滑片移动不改变电阻,示数始终不变,不符合要求。
综上,符合要求的是选项B。
【答案】
B
【知识点】
安培定则应用、滑动变阻器的使用、磁极间的相互作用
【点评】
此题综合考查磁极间的相互作用、安培定则、滑动变阻器的工作原理,解题关键是理清“电流变化→磁性变化→相互作用力变化→弹簧测力计示数变化”的逻辑关系,需准确分析各物理量的连锁变化。
【难度系数】
0.6
【分析】
这是一道探究电磁铁磁性影响因素的实验题,解题思路如下:
1. 首先明确实验中用到的研究方法:转换法,将不易观察的电磁铁磁性强弱转换为容易观察的吸引大头针的数量,吸引越多磁性越强。
2. 对于每个猜想的验证,需运用控制变量法:
验证猜想A(通电有磁性,断电无磁性),需要对比通电和断电的情况,其他条件相同,观察是否有磁性。
验证猜想B(电流越大磁性越强),需控制线圈匝数相同,改变电流大小,观察磁性强弱变化。
验证猜想C(匝数越多磁性越强),需注意电流是否相同,图(d)中甲乙串联电流相同,说明原猜想缺少电流相等的前提。
3. 逐个分析小问,结合实验图的情况,确定符合条件的对比组,补充猜想的前提条件。
【解析】
(1) 电磁铁的磁性强弱无法直接观察,实验中采用转换法,通过观察电磁铁吸引大头针的数量来判断它磁性强弱的不同,吸引大头针越多,说明磁性越强。
(2) 猜想A是“电磁铁通电时有磁性,断电时没有磁性”,需要对比通电和断电的实验情况:图(a)中开关断开,电磁铁无磁性,不吸引大头针;图(b)中开关闭合,电磁铁有磁性,能吸引大头针。因此比较(a)和(b)两种情况,可验证猜想A正确。
(3) 猜想B是“通过电磁铁的电流越大,它的磁性越强”,需控制线圈匝数相同,改变电流大小:图(b)和(c)中,电磁铁的线圈匝数相同,滑动变阻器接入电路的电阻不同,电路中电流不同,且(c)中电流更大,吸引的大头针更多,磁性更强。因此比较(b)和(c)两种情况,可验证猜想B正确。
(4) 图(d)中甲、乙两电磁铁串联,通过它们的电流相等,甲的线圈匝数更多,吸引的大头针更多,磁性更强。说明猜想C“外形相同的螺线管,线圈的匝数越多,磁性越强”的前提是当通过它们的电流相等时,否则该结论不成立。
【答案】
(1) 磁性强弱
(2) (a)和(b)
(3) (b)和(c)
(4) 当通过它们的电流相等时
【知识点】
电磁铁磁性影响因素、转换法、控制变量法
【点评】
本题通过实验探究电磁铁的磁性特点,重点考查了控制变量法和转换法在实验中的应用,要求学生能根据实验目的确定变量控制的方法,理解转换法的实质,同时明确电磁铁磁性强弱与电流大小、线圈匝数的关系。
【难度系数】
0.7
【分析】
1. 第(1)问:首先明确磁感线的物理意义,磁感线的疏密程度反映磁场强弱,磁场越强磁感线越密,越弱则越疏。题目指出人体内部磁场比地磁场弱,因此人体内部磁场的磁感线分布更疏,据此可判断选项。
2. 第(2)问:结合所学的电流磁效应知识,电流周围存在磁场,由此可猜想人体内部存在弱电流,这就能解释人体内部有磁场的原因。
【解析】
(1) 磁感线的疏密程度表示磁场的强弱,磁场越强,磁感线越密集;磁场越弱,磁感线越稀疏。已知人体内部的磁场比地磁场弱,所以人体内部磁场的磁感线分布较疏,故选A。
(2) 猜想:人体内部存在弱电流;
依据:电流周围存在磁场(电流的磁效应),电流周围会产生磁场,因此人体内部的弱电流可能是人体磁场产生的原因。
【答案】
(1) A
(2) 猜想:人体内部存在弱电流;依据:电流周围存在磁场(合理即可)
【知识点】
1. 磁感线的意义
2. 电流的磁效应
【点评】
本题考查磁场的基本性质和电流磁效应的应用,第(1)问直接结合磁感线与磁场强弱的关系即可解答,第(2)问需要将所学知识迁移应用,进行合理猜想,注重基础知识的理解与拓展。
【难度系数】
0.8
【分析】
我们需要利用电磁转换知识解决收集大头针的问题,首先回忆电磁转换中电磁铁的特性:电磁铁通电时具有磁性,可吸引铁制物品,断电后磁性消失。结合给定的器材,大铁钉可作为电磁铁的铁芯,漆包线绕在铁钉上制成螺线管,搭配电池组和开关组成电路。具体思路:先通过漆包线绕大铁钉自制电磁铁,再接入电源和开关,闭合开关后电磁铁产生磁性,就能快速吸附大头针,实现收集。
【解析】
方法:将漆包线紧密缠绕在大铁钉上制成电磁铁,把电磁铁与电池组、开关连接成闭合电路,闭合开关后,用该电磁铁去吸附地面上的大头针。
原理:电磁铁通电后会产生磁性,能够吸引铁制的大头针。
【答案】
方法:利用大铁钉、漆包线(带绝缘漆的铜导线)自制一个电磁铁,再接入电池组、开关,闭合开关后,用电磁铁将大头针吸起来
原理:电磁铁通电后有磁性
【知识点】
电磁铁的制作、电流的磁效应
【点评】
此方案借助实验室常用器材制作电磁铁,利用电磁铁通电生磁的特性快速收集大头针,操作简单易行,既巩固了电磁转换的相关知识,又体现了物理知识在实际场景中的应用价值。
【难度系数】
0.8